測量視頻和音頻體驗質量

現在，廣播數字電視的節目來源多種多樣，這些節目通過各式各樣的設備和器件最終送達給觀眾。我們可以假設，在某些情況下節目的源素材是沒有缺陷的，然而實際情況卻不總是這樣。即便這些源素材本身沒有視頻和傳輸損傷，但當它們經過各種各樣的傳輸設備后，通常會使視頻造成這樣或那樣的缺陷。不管什么時候，只要出現了這種質量劣化，就會給用戶觀看節目的體驗質量(QoE)帶來影響。有時候這種質量的劣化由內容本身的性質所引起，通常表現為隨機性；但有時候又始終表現為不良的QoE。總之，存在著太多的各種各樣的因素造成節目內容質量的下降。

我們的目標，是在網絡中的各個測試點客觀地評測節目的質量，了解并查明在什么時候以及什么地方節目的傳輸質量受到了影響。

主觀評測

使觀看人員對圖像質量進行主觀計分是評測視頻質量的一種方法。這種評測方法盡管很好，但卻要耗費大量時間，而且在各個觀看員之間很難取得一致的評測結果。各個觀看員的評分之所以存在差異，是因為有太多的因素影響著他們的評分，例如機頂盒(STB)的類型、機頂盒的固件版本、電視機附近的光照環境，以及顯示器的類型(等離子體顯示器件或LCD顯示器件)，更不要說節目內容和觀看人員的情緒同樣會給計分帶來影響。

對于節目質量的評分，每位觀看人員有著他或她自己預想的計分標準。觀看人員長時間地去評測節目的質量，不僅會使人感到疲倦，而且也難以對每幀圖像的整個畫面區域給予足夠的關注。大多數人傾向于只注重自己感興趣的對象，多位觀看人員在觀看同一節目素材時，對同樣的內容很難取得一致的準確計分。正是因為存在著這些差異，要求他們在網絡中的不同節點對節目素材給出一致的評價也是不可能的。

因此，對節目素材給出客觀評價的最好方法是使用一種設備，該設備應能實時觀看每一幀圖像，并在整個網絡中重復多次使用。沿著圖1給出的視頻傳輸路徑，從節目源的采集點直至終端機頂盒，包括所涉及到的所有設備或器件，而不論視頻流是否發生變化。

雙端文件模式

視頻質量的一種客觀評測方法是使用客觀的圖像質量分析儀，這種方法的優點是用一種視頻參考文件與接收到的內容進行比較，以檢測二者之間的圖像質量是否出現了什么變化。這一評測過程是可以多次重復的，也是客觀的評測。然而，這種評測方法目前卻不能在實際傳送流中實時運行。

客觀的和實時的評測

另外還有一種最新的方法，即將一種解碼器嵌入到單個設備中，這是一種單端的、可實時運行的并且是可重復的、客觀的視頻質量分析儀。這種解決方案包含有MPEG-2和 H.264解碼器，可運行在一種高速服務器平臺上并能夠接收基于IP的視頻信號。采用這種解決方案，可以識別網絡中的各種問題，并能夠監視任一設備的輸入和輸出視頻。

QoE測量策略

通過機頂盒解碼來對視頻進行QoE評測雖然有它的優點，但這種方法會十分依賴于所使用的某種特定的機頂盒以及特定的固件版本。為了對整個網絡獲取可重復的質量計分結果，對于網絡中具有不同型號的各種機頂盒而言，如果讓所有機頂盒都使用一樣的固件版本，這幾乎是一件不可能的事。還有，每種機頂盒都具有錯誤掩蔽功能，它可能會掩蔽某些質量分析儀正在測量的某些錯誤。最后，使用機頂盒的模擬輸出來進行QoE評測，也會降低被測視頻的質量，這樣就難于進行準確的視頻質量測量。因此，使用加密和調制前的參考解碼器能夠進行更加準確的測量。

目前的泰克的MTM400A及其系列產品被廣泛地用于RF層、IP層以及傳送流層的遙控測量。這對于評測服務質量十分有用。然而，MTM400A卻不能識別包凈荷中的內容，因此它無法給出QoE的測量結果。這就為測量設備提出了更高的要求，它必須能夠測量目標節目的QoE，以及提供網絡中任意兩點間的質量劣化信息。

現在，基于MTM400A的回傳應用，就有可能獲取網絡中任意點的內容。為了查明網絡中任一設備或器件的問題，可以先使用位于節目采集點的MTM400A或者IPM400A以確保QoS符合要求(無傳輸錯誤或無丟包發生)，然后再選擇某一節目進行QoE監視。這樣可以將指定的節目送入VQS1000服務器以進行QoE計分評測。

而后，隨著節目沿著網絡的傳輸，在經過多個環節處理例如廣告插入之后，將會再次對QoE進行查驗，直至最后將節目送達到終端用戶。利用這種方法，可以在整個網絡中的多個點上進行特定服務的QoE監測。特別是如果內容經過由MPEG-2到H.264的編碼轉換，或者在被測節目中插入廣告之后，進行這種QoE測量是十分重要的。

QoE測量如何進行？

前面所介紹的QoE解決方案是基于泰克公司VQS1000視頻質量軟件，對視頻元素進行全面的解碼，解碼出基帶視頻幀后對圖像中的凍結幀、黑場和塊效應進行檢測。利用這種QoE解決方案，不僅能夠測量送達到網絡終端用戶的任一節目的圖像質量，而且還可以用來測量由節目分配源提供的視頻質量。如果希望整個網絡始終保持高質量的QoE，那么對采集的節目素材進行QoE評測就十分重要。

在進行QoE評測時，可能需要設定兩種不同的閾值以區分良好的視頻質量和不良的視頻質量。對于觸發事件而言，了解單個視頻幀的質量何時會出現明顯的下降固然是重要的，但允許質量有所下降的視頻幀通過網絡，而在一段時間內大量出現劣化幀時觸發告警同樣也是十分重要的。

對預先記錄的文件進行QoE分析

利用VQS1000，可以對預先記錄的傳送流文件進行QoE分析。無論該記錄文件是從什么地方獲取的，或者是從哪個設備獲取的，但只要滿足以下要求，就可以對其內容進行 QoE評測：

1) 該文件應當符合ISO/IEC 13818-1標準，傳送流包中含有188個字節或204個字節；

2) 該文件包含采用MPEG-2或H.264編碼的單個或多個節目視頻元素

可以直接對這樣的記錄文件進行分析，只需簡單地打開文件并開始測量。無論是在文件模式中還是在實時模式中，觸發條件均被載入事件窗口，并可以導出為文件。此外，還可以記錄圖形結果(參看圖2)。測量設備將每分鐘的黑幀、凍結幀和塊效應的測量最小值、平均值和最大值記錄到硬盤中。如果在視頻幀中出現較大的logo即標志圖符，這時背景沒有運動(即凍結狀態)，則紅色圖形達到100%。紫色圖形的上升或下落取決于該視頻中是否存在塊效應。例如對于游泳事件，開始幾幀僅有很少的運動場景，這時編碼器很容易處理，接著幾幀出現了大量的動作，從而導致編碼器過度壓縮使圖像出現塊狀。